Los diodos emisores de luz (LED) son omnipresentes en la vida moderna, desde los teléfonos inteligentes hasta la iluminación del hogar. Pero los LED actuales tienen una limitación importante: cuando se intenta hacerlos más brillantes aumentando su potencia, se vuelven menos eficientes. Un equipo de investigadores de la Universidad de Nagoya en Japón ha encontrado una manera de hacer que los LED sean más brillantes manteniendo su eficiencia. Su investigación promete reducir el costo y el impacto ambiental de la producción de LED y al mismo tiempo mejorar el rendimiento en aplicaciones como las comunicaciones de luz visible y las gafas de realidad virtual (VR). El estudio aparece en la revista. Descripción general de láseres y fotónica.
“La innovación de este trabajo es una mejor comprensión de los efectos de la polarización, una propiedad intrínseca de la estructura de la capa de nitruro de galio/nitruro de galio indio (GaN/InGaN) que es esencial para generar luz”, dijo el investigador principal Markus Prestosek.
Los LED de InGaN representan la fuente de luz más eficiente a nivel mundial, aunque normalmente funcionan con niveles de potencia bajos. Es importante aumentar su potencia para conseguir una luz más brillante. Sin embargo, aumentar la potencia suministrada al LED da como resultado una disminución de su eficiencia, fenómeno conocido como pérdida de eficiencia.
Una forma de superar la falta de eficiencia es aumentar el área del LED, lo que le brinda más luz, pero también significa que necesita un chip más grande. Como resultado, se obtienen menos LED que una oblea: la pieza delgada y plana de material semiconductor hecha de InGaN que sirve como base para la fabricación de dispositivos LED. El resultado son mayores costes de producción y un mayor impacto medioambiental.
Los investigadores pueden reducir la eficiencia doblando las capas de InGaN y cortando la oblea en diferentes direcciones, lo que a su vez cambia las propiedades del cristal. La propiedad más importante que cambia de esta manera se llama “polarización”. A pesar de las orientaciones inclinadas con baja polarización durante más de 15 años, los LED de InGaN fabricados con estas orientaciones han mostrado constantemente eficiencias inferiores a la mitad que las de los LED estándar de alta polarización.
Un estudio realizado por Pristovsek y Nan Hu en el Centro de Investigación Integrada de Electrónica del Futuro (CIRFE) de la Universidad de Nagoya encontró que la polarización reducida sólo es útil si apunta en la dirección de los LED estándar. Utilizando sus resultados, produjeron LED sobre un sustrato de zafiro barato en la llamada orientación (10-13), una orientación con menos polarización pero en la misma dirección que los LED estándar. Estos (10-13) LED muestran una mayor eficiencia a mayor potencia.
El hallazgo sugiere formas innovadoras para que los fabricantes desarrollen tecnologías LED de próxima generación, como pantallas microLED más eficientes y brillantes para dispositivos móviles y televisores de pantalla grande. La capacidad de alta densidad de corriente también podría permitir nuevas aplicaciones en iluminación industrial especial y para automóviles, mientras que la conmutación de alta velocidad podría encontrar aplicaciones en tecnologías de comunicación de luz inalámbrica y gafas de realidad virtual.
“Es poco probable que futuras investigaciones produzcan una mejor orientación, especialmente en sustratos de zafiro rentables, ya que sólo dos direcciones inclinadas pueden ser adecuadas”, afirmó Pristovsek. “Sin embargo, hay otras formas de fabricar LED con menos defectos (10-13) en zafiro y quizás en silicio. Pero otras orientaciones logradas hasta ahora en zafiro o silicio son peores porque son inherentemente más rugosas o aumentan la cantidad. de polarización, o tienen el signo equivocado de polarización.”
